特集 学生の研究活動報告−国内学会大会・国際会議参加記 21 2014 OSA Classical Optics Congress に参加して 野 上 淳 3．褪色現象と防止法 シリコーンゴムは，シリコーンオイルと硬化剤 平 （信越シリコーン，KE-103）を内径 35 mm のガラ Jumpei NOGAMI ス瓶の中で混合して作製した．分散させる色素とし 電子情報学専攻修士課程 1年 てロダミン 6 G を使用したが，シリコーンオイル には溶けないため，イソプロピルアルコール 1．はじめに （IPA）に溶かした後，シリコーンオイルと混合し 私は，2014 年 6 月 23∼26 日にアメリカ，ハワイ た．この色素溶液には，シリコーンゴム中の色素の で開催された「2014 OSA Classical Optics Congress」 循環を速めるためにトルエンも追加した．その後硬 の一環として行われた「Optical Fabrication and Test- 化剤を加え，ガラス瓶の中で約 8 時間かけて常温で ing（光学設計と検査）」に参加し，23 日に「Post-Curing 硬化させた．トルエン，IPA，シリコーンオイル， Dye Diffusion for Creating a Durable Photo polymer 硬化剤の体積混合比は 32 : 8 : 58 : 2 とし，この混合 （耐久性のある光学ポリマー作製のための硬化後色 溶液中の色素濃度は 20 μM（2×10−5mol/l）とした． 素拡散）」というテーマで口頭発表を行った． 図 1（a）（b）は硬化剤添加直後と 9 日後の試料の 写真である．試料は最初赤色を呈していたが，9 日 2．研究背景 後には薄くなっていた．（c）の透過率を見ても，時 色素レーザは色素溶液を絶えず循環させることに 間が経過すると吸収帯が小さくなり，色素の褪色が より，出力効率を維持したまま長時間発振できるよ 起きていることがわかる．シリコーン自体には色素 うにしている．しかし，ポンプや電源などの部品が との反応性がほとんどないと考えられ，実際，図 2 大型となり，操作性が悪いことやメンテナンスに手 間がかかるという問題がある．そのため小型軽量化 のため固体化の研究がなされている．しかし固体中 では液体のように色素分子を流動させることができ ないので，光による劣化で素子寿命が短くなるとい う問題がある．色素を分散させる固体として，優れ た透明性を持ち，常温で硬化可能なシリコーンゴム （ポリジメチルシロキサン，PDMS）が注目されて いる．シリコーンゴムは固体でありながらミクロに 図1 は液体と同じぐらい自由な構造を持ち，分子間の空 シリコーンゴム中の色素の褪色 （色素濃度 20 μM） 隙を通って溶液や色素が流動することが知られてお り，この性質を用いることにより，光学素子の長寿 命化が期待される．しかし，シリコーンゴムに色素 を分散させると時間経過とともに光学機能が低下す る褪色現象が発生したため，本研究では，褪色が起 こる原因について調べ，それを防止する試料作製法 について検討した． 図2 ― ５７ ― シリコーンオイルの写真とスペクトル （a）（b）のように硬化剤を入れる前の混合液では色 8 : 2）を使用した．注入する混合溶液の色素濃度は が消えず，（c）の透過率を見ても褪色は起きていな 50 μM，体積比は 40 vol％（残りの 60％ はシリコー かった．したがって，硬化剤と触れないように色素 ン）としたので，均一に分散すればシリコーン中の を分散させる試料作製法が必要である． 色素濃度は 20 μM になると予想した．加熱処理を 行なったシリコーンに色素溶液を注ぐと，図 4 のよ 4．色素浸透法 うに浸透し，1 か月後にはシリコーンが均一に着色 シリコーンの架橋反応が完了して硬化剤が消費さ した．図 5 は注入から 30 日後と 60 日後の透過率を れた後で色素を浸透させることを試みた．図 3 にそ 測定した結果であるが，ほとんど変化がないことか の手順を示している．8 時間の硬化後にシリコーン ら，30 日で色素が均一に浸透し，60 日の間には褪 ゴムを 170℃ で 8 時間加熱して硬化剤を蒸発させ， 色も起こらないことが分かる． 未反応の硬化剤が残らないようにした．IPA だけで はシリコーン中に浸透しなかったので，色素の IPA 5．まとめ 溶液にトルエンを混合した溶液（トルエン：IPA＝ シリコーンオイルを色素溶液と混合し硬化させる と，色素の褪色が発生し光学機能が低下する．褪色 の原因は硬化剤にあるため，硬化後のシリコーンゴ ムに残った未反応の硬化剤を除去し，色素溶液を浸 透させた．色素溶液は約 1 か月でゴム全体に均一に 拡散した．透過率を測定したところ，褪色は発生し ておらず，安全な色素分散ポリマーを作製すること ができた．今回の作製方法では，色素が均一に拡散 するまでの時間が長いという問題があるが，加熱処 図3 浸透法による作製手順 理を済ませたゴムを色素溶液に直接漬けることで改 善可能である． 6．おわりに 国際会議ではポスターセッションにも参加した． 図4 色素溶液の浸透 英語に不慣れであったため，内容を理解できないこ ともあったが，英語で会話することの難しさを知る 良い経験となった． また，今回の発表を行うにあたって，懇切なご指 導をいただいた斉藤光徳教授，およびプレゼンテー ションをご指導いただいたイングリッシュラウンジ の宮田ワンダ先生に，この場を借りて厚く御礼申し 上げます． 図5 色素溶液注入から 60 日後の透過率 ― ５８ ―
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